نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناس ارشد، مهندسی عمران‌سازه های هیدرولیکی، دانشگاه تبریز

2 استاد، گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز

3 استادیار، گروه مهندسی عمران، داشکده مهندسی، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان

چکیده

در پژوهش حاضر ضمن تبیین اهمیت مساله، مکانیسم و علل شکست سدها، تحلیل حوادث نسبت به مناطق جغرافیائی بر حسب سن و نوع سد، روش‌های تحلیل معادلات حاکم بر جریان‌های غیردائمی با استفاده از مدل‌های ریاضی ارائه شده است. بدین منظور، در ابتدا هیدروگراف خروجی از ساختگاه سد شهرچای با استفاده از مدل Breach و تحت سناریوی شکست فرضی روگذری جریان استخراج شده و سپس نسبت به تدوین، توسعه و کالیبره نمودن مدل ریاضی HEC-RAS جهت تحلیل مساله شکست سد به کمک سیستم‌های پردازشی قوی اقدام گردیده ‌است. متعاقب آن با استفاده از امکانات و ابزار ‌GIS، پهنه‌بندی سیلاب ناشی از شکست ‌سد در اثر پدیده‌ی روگذری که از عوامل اصلی ایجاد شکاف و شکست در سدهای خاکی محسوب می‌شود، استخراج و نقشه‌ مناطق سیل‌گیر پایاب مشخص گردیده است. نتیجه مطالعات حاکی از آن است که با توجه به جنس سد و مکانیسم شکست بررسی شده در سناریوی شکست فرسایشی تحت اثر روگذری، با توجه به وضعیت ژئومورفولوژیکی و توپو‌گرافی دره میزبان در پایین‌دست سد، قسمت اعظم روستاها و اراضی کشاورزی در معرض استغراق کامل قرار می‌گیرند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Numerical simulation of dam failur and flood mapping in order to plan a rapid response (Case Study: Orumiyeh Shahrchay Dam)

نویسندگان [English]

  • A Arzanlou 1
  • Y Hassan Zadeh 2
  • N Kardan 3

چکیده [English]

Besides the Remarkable benefits of dams, dam failure is considered as a very high accident risks that its investigation is very important in academic reseraches, government planning and investment at downstream of dams. In Current study, importance of failur problem, mechanism and reasones of dam failure are introduced and the risks analyzing based on the age and type of dam has been investigated firstly and then presented the methods of analyzing the unsteady currents governning equations using numerical models. For this purpose, the output hydrographs from the shaharchi dam site have been computed by breach model and under fictitious dam break scenarios (overtopping) and then the nummerical model of HEC-RAS has been developed to simulate the dam failur problem using powerful processing systems. Then, the obtained results imposed to the Geographic Information System (GIS) and the flood maps due to the dam failur resulted from overtopping phenomenon which is known as the main reason of breach and failur of earth dams has been presented. Finally the flood plaines in downstream regions has been specified.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Dam Failur
  • Flood mapping
  • Overtopping
  • Breach
  • HEC-RAS

]1[ مینا، ا. تحلیل و آنالیز هیدرولیکی جریان غیردائمی ناشی از شکست سد توسط مدل عددی مطالعه موردی رودخانه تاکستان، پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی، دانشگاه پیام نور استان تهران، ایران. 1393.

]2[ حسن زاده، ی. 1383. هیدرولیک شکست سد، انتشارات وزارت نیرو، کمیته ملی سدهای بزرگ.

]3[ حسن زاده، ی. 1370 بررسی انتشار امواج ناشی از شکست سد، نشریة دانشکدة فنی، دانشگاه تهران- شماره 1، صفحه های 41 تا 48.

[4] Ré, R., "Etude du Lâcher Instantané d’une Retenue Dans un Canal Par la Method Graphique", La Houille Blanche, 1946.

[5] Dressler RF, “Hydraulic Resistance Effect upon the Dam-Break Function”, Journal of Research of the National Bureau of Standards, Vol. 49, No.3, pp.217-225. 1952.

[6] Hunt, B., “Dam-Break Solution”, J. of Hydraulics Engineering, ASCE, Vol.110, No.6, pp.675-686, 1984.

[7] Garcia-Navaro P and Saviron JM, “Numerical Solution of the St. Venant Equation with Mac Cormaak Finite Difference Scheme”, International Journal of Numerical Methods in Fluids, Vil.6, pp.259-274. 1986.

[8] Rahman, M., Chaudhry, M.H., “Simulation of One Dimensional Dam-Break Flows”, J. of Hydraulics Research, Vol. 25, 1987.

[9] Macchione F and Sirangelo B, “Study of Earth Dam Erosion due to Overtopping”, Proceedings of the Technical Conference, Novamber, WMO. Geneva, pp.212-219, 1988.

[10] Bell, S.W., Elliot, R.C., Chaudhry, M.H., “Experimental Results of Two-Dimensional Dam-Break Flows”, J. of Hydraulic Research, Vol.30, No.2, 1992.

[11] Zhang, H., Hassanzadeh, Y., Long, N.D., Kahawita, R., “A 1-D Numerical Model Applied to Dam-Break Flows on dry Beds”, J. of Hydraulics Research, Vol.30, No.2, 1992.

[12] Lauber, G., Hager, W.H., “Experiment to Dam-Break Wave: Sloping Channel”, Journal of Hydraulic Research, Vol.36, No.5, pp.761-773, 1998.

[13] Wu, C., “Theoretical Solution of Dam-Break Shock Wave”, J. Hydraulic Engineering, ASCE, Vol.125, No.11, pp.1210-1215, 1999.

[14] Wang J, “Finite Difference TVD Scheme for Computation of Dam-Break Problems”. Journal of Hydraulic Engineering ASCE, Vol.126, No.4, pp.253-262, 2000.

[15] Anonymous, HEC-GeoRAS: “An extension for support HEC-RAS Using Arc View”, (USACE), User Manual, Ver3.1, 2002.

[16] Zhou, J. G., Causon, D. M., Mingham, C. G., Ingram, D. M., “Numerical Prediction of Dam-Break Flows in General Geometries with Complex Bed Topography”, ASCE Journal of Hydraulic Engineering, Vol.130, pp.332-340, 2004.

[17] Mambretti, S., Larcan, E., Wrachien, D., “1D Modelling of Dam-Break Surges with Floating Debris”, Journal of Biosystem Engineering, Vol.100, pp.297-308. 2008.

[18] Chanson, H., “A Simple Solution of the Laminar Dam Break Wave”, J. of Applied Fluid Mechanic, Vol.1, No.1, pp.1-10, 2008.

[19] Francesco, S., Biscarini, C., “CFD Modelling Approach for Dam Break Flow Studies”, Hydrology and Earth System Sciences, Vol. 14, pp.705-718, 2009.

[20] Roshandel, A., Hedayat, N., Kiamanesh, H., “Simulation of Dam Break using Finite Volume Method”, World Academy of Science, Engineering and Technology, Vol.47, pp. 11-26. 2010.

[21] Biscarini, C., Francesco, S. D., Manciola, P., "CFD Modelling Approach for Dam Break Flow Studies", Hydrology and Earth System Sciences, 2010, 14, 705-718.

[22] Singh., J., Mustafa, Altinakar, M. S., Ding, Y., “Two-Dimensional Numerical Modelling of Dam Break Flows over Natural Terrain Using a Central Explicit Scheme”, Advances in Water Resources, Vol.34, No.10, pp.1366-1375, 2011.

[23] Chang, T. J., Kao, H. M., Chang, K. H., Hsu, M. H., “Numerical Simulation of Shallow- Water Dam Break Flows in Open Channels -using Smoothed Particle Hydrodynamics”, Journal of Hydrology, Vol.408, pp.78-90. 2011

[24] Bellos, V., Hrissanthou, V., “Numerical Simulation of a Dam Break Flood Wave”, Journal of European Water, Vol.33, pp.45-53. 2011.

[25] Chen, Y., Binliang, L., Chunbo, J., Ying, L., “Predicting Near- Field Dam Break Flow and Impact Force using a 3D Model”, Journal of Hydraulic Research, Vol.48, No.6, pp.784-792, 2011.

[26] Khankandi, A. F., Tahershamsi, A., Soares- Frazao, S., “Experimental Investigation of Reservoir Geometry Effect on Dam-Break Flow”, Journal of Hydraulic Research, Vol.50, No.4, pp.376-387, 2012.

]27[ حسن زاده ،ی و رنجینه، ع، خجسته، ر، ع، بررسی اثرات زبری بستر در سرعت انتشار امواج ناشی از شکست سد در یک مدل هیدرولیکی شیبدار، نشریه مهندسی عمران و محیط زیست، جلد 40 ، شماره 13، صفحه های 1 تا 20، 1389.

]28[ حسن­زاده، ی، رنجبری، ع.، خجسته، ر. ع.، بررسی اثرات شیب بستر در در روند تحلیل مسأله شکست، مجله دانشکده فنی دانشگاه تبریز، جلد 33،، صفحه های 9-1، 1382.

]29[ جوزدانی، آ. کبیری سامانی، ع. کاربرد روش پردازش تصاویر در تحلیل رفتار سیلاب ناشی از شکست سد، نهمین کنفرانس هیدرولیک ایران، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، 1389.

]29[ محمدنژاد، ب.ع. فاطمی کیا، م.ا. بهمنش، ج. منتصری، م. شبیه سازی عددی انتشار موج ناشی از شکست سد به صورت دو بعدی قائم، نشریه مهندسی عمران و محیط زیست، جلد 44، شماره 3. صفحات 47 تا 59، 1393.

]30[ حسن زاده، ی، نورانی، و، سپهری، و، دل افروز، ه، الماس پور، ف. تحلیل امواج ناشی از شکست سد و پهنه بندی دشت سیلابی با استفاده از مدل ریاضی (مطالعه موردی: سد ونیار)، نشریه دانش آب و خاک، جلد 25، شماره 1، صفحات 1 تا 15 1394.

 ]31 [بی­نام، گزارش فنی پروژه سد مخزنی شهرچای، مهندسین مشاور سکو، شرکت آب منطقه­ای استان آذربایجان غربی، ایران، 1387.

[32] Skoglond M, Bachke D, Midttomne GH and Wathne M, Norwegian guidelines for dam breaks analysis.A.A Balkema Publisher. 2001.

]33 [ارزنلو، ا. بررسی شکست سد خاکی شهرچای ارومیه ناشی از روگذری جریان و پهنه بندی سیلاب با استفاده از مدلHEC-RAS و GIS. پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد در گرایش سازه­های هیدرولیکی، دانشگاه تبریز. 1394.

[34] Fread D.L, “Breach: An erosion modelsto for Earthen Dam-Failures. Hydrologic Research Laboratory, National Weather Service”, NOAA, Silver Spring, Maryland Vol.209, No.10, pp.1-39. 1988.

[35] Tate EC and Maidment DR, “Floodplain Mapping using HEC-RAS and Arc View GIS, Master Thesis, Apartment of Civil Engineering”, The University of Texas at Austin, Texas., Center for Research in Water Resource (CRWR), online report, pp.99-1. 1999.

[36] Fennema R.J.and Chaudhry W.H., “Simulation of One Dimensional Dam-Break Flows”, Journal of Hydraulics. Research, Vol.25, pp.41-51, 1987.